申请日2009.02.24
公开(公告)日2014.01.15
IPC分类号C02F1/46; C02F1/463
摘要
一种污水处理设备(20)，具有电凝聚反应器(26)和接收所述反应器的流出液的澄清器(30)。所述反应器具有入口(58)和出口(62)的反应容器(48)，牺牲阳极(64)，可旋转阴极(68)和非牺牲阳极(66)。位于牺牲阳极和阴极之间的第一间隙(70)包含第一水处理区。位于阴极和非牺牲阳极之间的第二间隙(74)包含第二水处理区。水流动路径是从入口到第一处理区，然后到第二处理区，再到出口。在澄清器中，反应器流出液被分离成清洁水和污泥。
权利要求书
1.一种污水处理设备，包括：
(a)电凝聚反应器，所述电凝聚反应器包括：
(i)反应容器，所述反应容器具有用于水流入的入口和用于水从所 述反应容器流出的出口;
(ii)牺牲阳极;
(iii)可旋转阴极;
(iv)非牺牲阳极;
(v)在所述牺牲阳极和所述阴极之间的第一间隙，所述第一间隙 包括位于所述入口下游的第一处理区，所述牺牲阳极和所述阴极适于 跨越所述第一间隙施加第一电压;
(vi)在所述非牺牲阳极和所述阴极之间的第二间隙，所述第二间 隙包含位于所述第一处理区下游的第二处理区，所述非牺牲阳极和所 述阴极适于跨越所述第二间隙施加第二电压，由此水通过所述反应容 器的流动路径为从所述入口到所述第一处理区，然后到所述第二处理 区，再到所述出口。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述反应容器为圆柱形的，具有圆 周侧壁、底壁和顶壁。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述顶壁是锥形的。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述入口穿过所述反应容器的所述 底壁。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述牺牲阳极具有穿过其中的孔， 用于使水从所述入口流到所述第一处理区。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述非牺牲阳极是圆柱形的并且与 所述圆周侧壁相邻。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述阴极围绕基本垂直的 轴可旋转。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述阴极是圆柱形的，并 且具有底壁、顶壁和圆周侧壁。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述第一间隙位于所述牺 牲阳极的上表面与所述阴极的下表面之间。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述第二间隙位于所述阴极的圆周 侧壁和非牺牲阳极之间。
11.根据权利要求2所述的设备，其中所述出口在所述反应容器的顶壁中。
12.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述阴极是圆盘，具有 底表面、顶表面和外周表面。
13.根据权利要求2所述的设备，其中所述非牺牲阳极是具有上表面和下 表面的盘，所述非牺牲阳极在所述反应容器的所述圆周侧壁之间延伸并且 在其中具有用于水流动的孔。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二处理区位于所述阴极的上 表面和所述非牺牲阳极的下表面之间。
15.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述阴极沿着与其旋转 轴平行的方向可移动。
16.根据权利要求1或13中任一项所述的设备，其中所述非牺牲阳极沿 着与所述阴极的旋转轴平行的方向可移动。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述阴极具有轴，所述轴与所述非 牺牲阳极可旋转连接。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述阴极的轴与所述非牺牲阳极 通过位于所述反应容器内的连接器可旋转连接。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述阴极的轴与所述非牺牲阳极 通过位于所述反应容器外的连接器可旋转连接。
20.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述阴极在轴上可旋转， 并且所述阴极和轴具有在其中的孔以用于使水流入所述第一处理区。
21.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述牺牲阳极是非旋转 的。
22.根据权利要求1或21所述的设备，其中所述非牺牲阳极是非旋转的。
23.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，还包括用于施加所述第一电 压和所述第二电压的电源装置。
24.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，还包括接收来自所述电凝聚 反应器出口的流出液以将固体与清洁水分离的分离器。
25.根据权利要求24所述的设备，其中所述分离器是具有圆柱形侧壁、 上壁和锥形底壁的澄清器。
26.根据权利要求25所述的设备，其中在所述澄清器中的入口导管具有 截面积大于所述导管的内截面积的开口。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述澄清器中的所述入口导管开 口方向向上。
28.根据权利要求25所述的设备，其中所述澄清器在其顶端具有与上部 出口导管相连的上部出口以及在其底端具有与下部出口导管相连的下部 出口。
29.根据权利要求28所述的设备，其中所述上部出口是固体出口，所述 下部出口是清洁水出口。
30.根据权利要求28所述的设备，其中所述上部出口是清洁水出口，下 部出口是固体出口。
31.根据权利要求28所述的设备，还包括与所述上部出口导管操作连接 的第一泵和与所述下部出口导管操作连接的第二泵。
32.根据权利要求25所述的设备，还包括与所述水出口泵操作连接的所 述澄清器的上壁上的水位传感器。
33.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述第一电压大于所述 第二电压。
34.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述第一电压等于所述 第二电压。
35.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述第一电压小于所述 第二电压。
36.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述可旋转阴极具有基 本垂直于所述阴极的旋转轴的活性面，所述活性面具有中心和外周，所述 活性面具有限定从所述中心到所述外周的多个水流动路径的表面特征。
37.根据权利要求36所述的设备，其中所述表面特征包括通道。
38.根据权利要求37所述的设备，其中所述通道是弯曲的或是直的。
39.根据权利要求37所述的设备，其中所述通道从所述面的所述中心向 所述面的所述外周向外张开。
40.根据权利要求36所述的设备，其中所述表面特征包括栓。
41.根据权利要求40所述的设备，其中所述栓在平行于所述阴极的所述 面的平面上是圆形的。
42.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，还包括用于向待处理水中添 加电解质的电解质源。
43.根据权利要求42所述的设备，其中所述电解质是氯化钠。
44.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，还包括用于向待处理水中添 加过氧化氢的过氧化氢源。
45.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，还包括向离开所述反应容器 的水中添加絮凝剂的絮凝剂源。
46.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，还包括向离开所述反应容器 的水中添加凝聚剂的凝聚剂源。
47.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述非牺牲阳极的至少 一部分被TiO2涂覆。
48.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述阴极的至少一部分 被TiO2涂覆。
49.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中所述反应容器与大气隔 绝。
50.一种用于污水处理的电凝聚反应器，包括：
(a)反应容器，所述反应容器具有用于水流入的入口和用于水流 出的出口;
(b)牺牲阳极;
(c)具有活性表面的可旋转阴极;
(d)在所述牺牲阳极和所述阴极的所述活性表面之间的间隙，所 述间隙包括位于所述入口下游的处理区，所述阳极和所述阴极适用于 跨越所述间隙施加电压，
其中所述阴极的所述活性表面具有中心和外周，以及从所述中心到 所述外周跨越所述阴极的活性面延伸的多个有壁的通道。
51.根据权利要求50所述的电凝聚反应器，其中所述通道是直的。
52.根据权利要求50所述的电凝聚反应器，其中所述通道是弯曲的。
53.根据权利要求50所述的电凝聚反应器，其中所述通道是锥形的。
54.根据权利要求50所述的电凝聚反应器，其中所述通道是非锥形的。
55.根据权利要求50所述的电凝聚反应器，其中所述通道是螺旋形的。
56.根据权利要求50所述的电凝聚反应器，其中所述反应容器与大气隔 绝。
57.一种用于污水处理的电凝聚反应器，包括：
(a)反应容器，所述反应容器具有用于水流入的入口和用于水流出的 出口;
(b)牺牲阳极;
(c)具有活性表面的可旋转阴极;
(d)在所述牺牲阳极和所述阴极的所述活性表面之间的间隙，所述间 隙包括位于所述入口下游的处理区，所述阳极和阴极适用于跨越所述间隙 施加电压，
其中所述阴极的位置能够被垂直调节以调节跨越所述间隙的距离。
58.根据权利要求57所述的电凝聚反应器，其中所述牺牲阳极具有穿过 其中的孔以用于水从所述入口流入所述处理区。
59.根据权利要求57所述的电凝聚反应器，其中所述反应容器与大气隔 绝。
60.一种处理污水的方法，包括以下步骤：
(a)提供电凝聚反应器，所述电凝聚反应器具有水入口、水出口、位 于牺牲阳极和旋转阴极之间并包含第一处理区的间隙和位于所述旋转阴 极和非牺牲阳极之间并包含第二处理区的间隙;
(b)施加跨越所述第一处理区的第一电解电压和跨越所述第二处理区 的第二电解电压;和
(c)使水从所述入口流入，经过所述第一处理区，然后经过所述第二 处理区，再经过所述出口流出。
61.根据权利要求60所述的方法，还包括向待处理的所述水中添加电解 质。
62.根据权利要求60所述的方法，还包括向待处理的所述水中添加过氧 化氢。
63.根据权利要求60-62中任一项所述的方法，还包括向所述离开所述水 出口的水中添加絮凝剂或凝聚剂。
64.根据权利要求60-62中任一项所述的方法，还包括调整所述阴极的位 置以实现跨越所述包含第一处理区的间隙的期望距离。
65.根据权利要求60-62中任一项所述的方法，还包括使来自所述电凝聚 反应器的所述流出液流经分离器以将固体与清洁水相互分离。
66.根据权利要求65所述的方法，其中所述分离器是与固体流出泵和水 流出泵操作连接的澄清器。
67.根据权利要求66所述的方法，还包括操作所述固体流出泵和所述水 流出泵从而在所述澄清器和处理队列中产生部分真空。
说明书
废水处理设备及方法
技术领域
本发明涉及废水处理，具体涉及电解池中的污水处理的设备和方法。
发明背景
水可能被来自包括日常生活、市政、工业和农业源的各种来源的有机和无机物污染。污染物可以是在溶液、胶体中或在悬浮物中。胶体尤其是带负电胶体常常是水污染物的主要形式。
电凝聚是一种处理被各种物质污染的水的电化学方法，其在电凝聚反应器中具有阴极和牺牲阳极。向电极供应电流导致金属阳离子(通常为铁或铝)从牺牲阳极释放，并且在阴极形成氢气。可以形成参与多种工艺的有助于从水中移除污染物的其他化学物质。
已提出使用旋转电极作为一种利用电凝聚改善系统的整治疗效的方法。如参见Syversen等人的美国专利US 6,099,703。旋转阴极有助于确保牺牲电极的平均消耗和防止阴极的活性表面积垢。然而，尽管开发了电凝聚的现有技术，大部分已知的基于电凝聚的废水处理不能成本低廉或者以大规模处理项目的完全商业化所需的体积有效治理污染的水以后续释放到环境中。本发明提供用于大量处理受污染的水的改进的设备和方法。
发明内容
本发明提供一种电凝聚反应器，所述电凝聚反应器包括具有用于水流入的入口和用于水流出的出口的反应容器、牺牲阳极、可旋转阴极和非牺牲阳极。牺牲阳极和阴极之间的第一间隙包括位于入口下游的第一处理区。牺牲阳极和阴极适用于跨越第一间隙施加第一电压。在非牺牲阳极和阴极之间的第二间隙提供位于第一处理区下游的第二处理区。非牺牲阳极和阴极适用于跨越第二间隙施加第二电压。第二电压可小于第一电压。水通过反应容器的流动路径是从入口到第一处理区，然后到第二处理区，再到出口。
本发明还提供用于电凝聚反应器的可旋转阴极。阴极具有通常垂直于阴极的旋转轴的活性面。活性面具有中心和外周，以及限定从中心到外周的多个水流动路径的表面特征。表面特征可包括通道或栓。可旋转阴极可用于具有单个处理区的电凝聚反应器中，因此本发明提供具有牺牲阳极、可旋转阴极和在牺牲阳极与阴极之间包含第一处理区的间隙的电凝聚反应器，所述阴极具有限定通过间隙的水流动路径的表面特征。
本发明还提供接收来自电凝聚反应器的流出液的澄清器(clarifier)。澄清器具有圆柱形侧壁、上壁、锥形底壁、在上壁中与第一出口导管连接的第一出口部和在底壁中与第二出口导管连接的第二出口部。澄清器具有延伸到澄清器中的入口导管，所述入口导管在澄清器内的开口的截面积大于入口导管的内截面积。
本发明还提供利用电凝聚反应器处理污水的方法。反应器设置为具有水入口、水出口、位于牺牲阳极和旋转阴极之间并包含第一处理区的间隙、和位于旋转阴极和非牺牲阳极之间并包含第二处理区的间隙。施加跨越第一处理区的第一电解电压，施加跨越第二处理区的第二电解电压。导致水从入口流入反应器、经过第一处理区，然后经过第二处理区，再经过出口。
本发明的这些特征和其他特征将由下述说明书和优选实施方案的附图明显表述。